Category Archives: Selenocisteïna | Selenocysteine

A què m’he dedicat els darrers cinc anys?

Crec que és hora d’explicar amb calma i una mica detalladament, amb llenguatge planer, a què em dedico, què faig al laboratori/despatx. Primer però, per posar-nos en situació, començaré parlant de la tesi i miraré d’explicar a què m’he dedicat durant els darrers cinc anys.

El mes d’octubre passat vaig acabar una tesi en química computacional. Què vol dir això? doncs que vaig fer una tesi on aplicava mètodes de la química computacional a resoldre problemes químics o bioquímics reals. Com ho feia? introduint una sèrie de molècules (un fitxer amb coordenades espaials “xyz” de la molècula a estudiar) a l’ordinador que, mitjançant uns determinats programes, obtenia l’estructura molecular de menys energia.

Bé, i què és això de l’estructura molecular de menys energia? una molècula, com tot, tendeix a estar en una forma que impliqui la menor energia possible. Com a exemple, penseu en la cera d’una espelma. Quan tenim l’espelma en forma d’espelma, la cera és sòlida però, si li administrem energia, l’excitem, passarà a una forma de més energia, líquida que, quan es refredi, tornarà a l’estat de menys energia, sòlid (tot i que haurà patit una transformació i tindrà una forma diferent a la inicial). Els programes que he emprat per fer els meus “càlculs” busquen quina estructura molecular té la mínima energia.

I què n’he fet d’aquestes estructures de mínima energia? Estudiar reaccions. Una reacció química és un procés de tres etapes. Es comença amb uns reactius per separat (l’espelma i el foc -sense que hagin entrat en contacte-) i s’acaba amb uns productes (l’espelma ja apagada amb una forma diferent a la inicial). Pel mig hi ha hagut un estat excitat anomenat estat de trancisió (l’espelma cremant). Amb l’ordinador es poden estudiar aquests tres estats d’una reacció i analitzar-la així, amb molt detall.

Els mètodes computacionals, sovint, ajuden a entendre el perquè una reacció té lloc en unes circumstàncies i no en unes altres, a analitzar les diferents vies per les que pot anar una reacció, perquè el producte d’una reacció és diferent a l’esperat,…

Durant la tesi, he aplicat aquests mètodes a entendre diferents sistemes de química orgànica i bioquímica. El protagonista ha estat un aminoàcid anomenat selenocistgeïna, aquest és un aminoàcid peculiar, poc freqüent i present en proteïnes que catal·litzen (controlen) reaccions on hi ha intercanvi d’electrons. Doncs bé, la selenocisteïna és molt similar a un altre aminoàcid anomenat cisteïna, però el primer té seleni on el segon hi té sofre. Aquest apartat de la tesi compara (analitzant totes les etapes d’una reacció catal·litzada per un enzim que conté selenocisteïna) quins avantatges té el seleni en front del sofre. Els resultats que tinc de moment mostren que el sistema amb seleni perd els electrons més fàcilment que no pas el sistema amb sofre.

A banda del tema anterior, col·laborant amb dos grups experimentals (dels que treballen amb tubs d’assaig i provetes), la tesi presenta l’estudi de tres reaccions orgàniques: la síntesi de 4-helicenoquinones, la síntesi de 5-helicenoquinones i l’ús de sals de guanidini com a catal·litzadors. En aquests tres projectes s’ha estudiat el perquè de determinats resultats experimentals, clarificant els processos intermitjos de la reacció i justificant el perquè d’algunes de les característiques dels productes.

En la propera entrega parlaré del que faig actualment a la feina.

Problema bioinformàtic

Petit problema bioinformàtic: treballo amb uns enzims anomenats Formiat deshidrogenasa. És una gran família d’enzims que tenen com a funció oxidar el formiat a diòxid de carboni obtenint dos electrons i un protó. Aquests enzims són presents en bacteris i aquests els empren com a font d’electrons i protons.

Fins ara he treballat, bàsicament, amb la Formiat deshidrogenasa H, d’Escherichia coli, que té, com a fets característics, una selenocisteïna i un àtom de molibdè. Però hi ha, com he dit, moltes formiat deshidrogenases, n’hi ha que són selenoproteïnes (com la meva), n’hi ha que no (en comptes de selenocisteïna tenen cisteïna), i, curiosament, n’hi ha que canvien el molibdè per un altre metall, el tungstè. He estudiat, amb un model a nivell quàntic, quines implicacions pot tenir el canvi de metall i ho he comparat tant en models amb seleni (selenoproteïnes) com amb models amb sofre. Hi ha diferències importants.

El dubte/problema que se’ns planteja ara: quina proporció de seleni/sofre hi ha en les proteïnes amb molibdè? i en les proteïnes amb tungstè? Amb els resultats quàntics em puc arriscar a fer les meves prediccions (que no anunciaré fins que no siguin segures), però només amb aquests resultats no puc confirmar res. Aquí entra en joc la bioinformàtica, que espero que m’il·lumini una mica el tema i pugui donar resultats ja més demostrables.

Properament (espero), la solució.

Relaxació en una dinàmica

Darrerament, a la recta final de la tesi, m’he dedicat a aprendre a fer dinàmiques moleculars[en]. És quelcom entretingut que té la seva gràcia. No és ni més difícil ni més senzill que la química teòrica de la quàntica pura i dura (que és al que m’he dedicat pràcticament durant aquests darrers quatre anys). Però potser sí que puc dir que és un xic més divertit. Et permet jugar molt més amb el sistema, treballar amb proteïnes senceres i, sense el detall que et proporciona la quàntica, jugar a fer reaccions, a escalfar la proteïna, a fer mutacions,… Concretament el que estic intentant fer és estudiar la reacció de la Format Deshidrogenasa H fent servir l’EVB (Emprirical Valence Bond), un mètode desenvolupat per en Warshel.

El pas previ a la dinàmica en sí, a la reacció, és la relaxació del sistema. Això consisteix, bàsicament i en grans trets, a agafar la proteïna, posar-la en aigua i anar augmentant gradualment la temperatura en periodes de temps determinats. Això em prepara la proteïna per a poder fer la “reacció” en unes condicions determinades, és a dir, si vull fer la “reacció” a 300 K (27ªC), primer he de preparar la proteïna, posar-la amb aigua i, començant des de 0, anar-li augmentant la temperatura fins als 300. Si comencés directament a 300 K,  l’estructura no s’aguantaria.

Quelcom “divertit” de les dinàmiques, són els vídeos que es poden fer. També es poden fer en quàntica, però tenen “menys coses”. Aquí hi ha una relaxació mooolt curteta, 0.5 fempto-segons. El víedo també és curtet, dotze segons. Més endavant, quan tingui ja una bona dinàmica, ja en faré un una mica més elaborat. Gaudiu-lo ràpid :-)

Enllaç al vídeo

Seminari: Calculations on FDH’s active centers

Avui, com fem cada quinze dies, a la feina hem tingut seminari de grup i avui em tocava a mi xerrar. Com que sempre els parlo del mateix (el per què de la selenocisteïna), he decidit fer una síntesi de resultats i explicar-ne alguns de nous però, sobretot, fer una introducció biològica a què és i com s’inserta a la cadena peptídica la selenocisteïna i com funcionen les Format Deshidrogenases.

Així doncs, la primera part de la presentació és bàsicament una introducció als dos temes. Tot i que no els toco amb molta profunditat (ha estat un seminari per químics), crec que pot ser prou didàctica i explicativa. Sé que veure una presentació a “pèl” no és el mateix que veure-la amb la xerrada que l’acompanya però, tot i així, he decidit publicar-ne una part.

Tot i que sóc plenament partidari de compartir informació i no posar barreres, he eliminat la part que correspon als resultats ja que, fins que no ho tingui publicat prefereixo no difondre-ho. Si teniu algun dubte, voleu més informació o algun aclariment, no dubteu en fer-m’ho saber.

Aquí teniu part de la presentació (pdf en anglès).

Els 12 genomes de Drosophila i la “desaparició” de les selenoproteïnes

Fa uns dies es publicava un article1 on s’anunciava la seqüenciació i anàlisi del genoma de 12 espècies del gènere Drosophila. L’estudi l’ha fet el Drosophila 12 Genomes Consortium, un consorci integrat per més de 100 institucions del món on hi participen diversos grups que treballen a Barcelona. Estudiar, “de cop”, dotze genomes d’un mateix gènere aporta molta informació per veure’n la seva evolució al llarg de quasi cent milions d’anys. Fins ara, de Drosophiles només es tenia seqüenciat el genoma de la Drosophila melanogaster, coneguda com a mosca del vinagre.

Una de les novetats, entre moltes (un article d’aquestes dimensions aporta una quantitat enorme d’informació), és el fet que en una d’aquestes espècies han desaparegut les selenoproteïnes. Es tracta de la Drosophila willistoni, que, al llarg de la seva evolució, ha perdut aquestes peculiars proteïnes. D’aquesta part de l’estudi se n’ha encarregat el grup del Dr. Roderic Guigó, de l’IMIM, concretament, en Charles Chapple, estudiant de doctorat.

Fins al moment, hom es pensava que les selenoproteïnes eren presents en totes les espècies animals i aquest descobrimet aporta molts dubtes sobre el per que han desaparegut aquestes proteïnes en aquesta espècie, quins canvis fisiològics comporta, quines proteïnes en supleixen la mancança,…

Detectar la presència de selenoproteïnes en els genomes és complicat ja que aquestes proteïnes no són codificades per un codó en concret sinó que es manifesten quan hi ha un codó aturador seguit d’una seqüència concreta anomenada SECIS. Caldrà anar veient com van els posteriors estudis que es facin amb aquest organisme i en possibles semblances que es puguin trobar en altres espècies.

1. Nature 450: 203-218, 2007